Номер 1, страница 198 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

1. Что означают такие понятия, как Наблюдаемая Вселенная, Метагалактика и Вне-метагалактика?

1. Эти три понятия описывают Вселенную с точки зрения наблюдателя и пределов наших знаний о ней.

Наблюдаемая Вселенная — это часть Вселенной, включающая в себя все галактики и другие космические объекты, свет от которых успел достичь Земли за время существования Вселенной (около 13,8 миллиарда лет). Это сферическая область пространства, в центре которой находится наблюдатель (то есть мы). Важно понимать, что это не физическая граница самой Вселенной, а лишь горизонт наших наблюдений, ограниченный конечной скоростью света и возрастом Вселенной. Из-за расширения пространства реальный размер Наблюдаемой Вселенной значительно больше, чем 13,8 миллиарда световых лет; её текущий диаметр оценивается примерно в 93 миллиарда световых лет.

Метагалактика — это термин, который в современной космологии чаще всего используется как синоним Наблюдаемой Вселенной. Исторически он был введён для описания мира галактик, то есть всей совокупности звёздных систем, подобных нашему Млечному Пути. Таким образом, Метагалактика — это вся известная нам система галактик, наблюдаемая как единое целое, обладающее определённой структурой (ячеистой, с волокнами, скоплениями и пустотами — войдами).

Внеметагалактика — это гипотетическая область Вселенной, находящаяся за пределами Наблюдаемой Вселенной (за космологическим горизонтом). Поскольку никакая информация (включая свет) из этой области не может достичь нас из-за конечности скорости света и расширения пространства, мы ничего не можем знать о ней напрямую. Существование, размеры и свойства Внеметагалактики являются предметом теоретических построений и философских рассуждений. Мы не знаем, является ли Вселенная за пределами нашего горизонта конечной или бесконечной, и действуют ли там те же физические законы.

Ответ: Наблюдаемая Вселенная (или Метагалактика) — это доступная для изучения часть пространства, ограниченная расстоянием, которое свет успел пройти за время существования Вселенной. Внеметагалактика — это гипотетическая часть Вселенной за пределами этого наблюдаемого горизонта, о которой у нас нет и не может быть прямых данных.

2. Процесс расширения Вселенной, открытый в XX веке, является одним из фундаментальных столпов современной космологии и даёт сведения о нескольких ключевых аспектах мироздания.

Во-первых, он является главным доказательством теории Большого взрыва. Если в настоящее время галактики удаляются друг от друга, то в прошлом они должны были находиться гораздо ближе. Экстраполяция в прошлое приводит к выводу, что Вселенная возникла из чрезвычайно плотного и горячего начального состояния. Скорость расширения, описываемая законом Хаббла-Леметра ($v = H_0 \cdot d$, где $v$ — скорость удаления галактики, $d$ — расстояние до неё, а $H_0$ — постоянная Хаббла), позволяет оценить возраст Вселенной. Современные измерения дают значение около 13,8 миллиарда лет.

Во-вторых, расширение объясняет наблюдаемое космологическое красное смещение. Это явление заключается в том, что свет от далёких галактик приходит к нам с увеличенной длиной волны (смещённым в красную часть спектра). Это происходит не из-за того, что галактики "убегают" от нас в пространстве (эффект Доплера), а из-за того, что само пространство-время растягивается, пока фотоны летят к нам, увеличивая их длину волны. Величина красного смещения служит основным инструментом для измерения расстояний до очень далёких объектов.

В-третьих, характер расширения (замедляется оно или ускоряется) позволяет делать выводы о составе и будущей судьбе Вселенной. Наблюдения за сверхновыми типа Ia в конце 1990-х годов показали, что расширение Вселенной не замедляется под действием гравитации, а, наоборот, ускоряется. Это привело к введению понятия тёмной энергии — гипотетической субстанции с отрицательным давлением, которая и вызывает это ускорение. В зависимости от свойств тёмной энергии и плотности материи, Вселенную в будущем может ждать "Большое замерзание" (тепловая смерть), "Большой разрыв" или, в маловероятном сценарии, "Большое сжатие".

Ответ: Процесс расширения Вселенной даёт сведения о её происхождении (подтверждая теорию Большого взрыва), позволяет оценить её возраст, служит основой для измерения космических расстояний (через красное смещение), а также помогает предсказывать её будущую судьбу на основе данных о составе (включая тёмную энергию) и динамике расширения.